近年SiC由於節(jié)能效果卓越，廣為汽車或工具機等所採用，並可望有更大功率的產(chǎn)品陣容。而為了百分百活用SiC產(chǎn)品所具有的獨特高速開關(guān)性能，在類似功率模組產(chǎn)品等額定電流大的產(chǎn)品方面，尤其需要研發(fā)新封裝以抑制開關(guān)時突波電壓﹙surge voltage﹚的影響。
半導體製造商ROHM於2012年3月率先開始量產(chǎn)由全碳化矽構(gòu)成內(nèi)建型功率半導體元件的全SiC功率模組。之後陸續(xù)推出高達1200V、300A額定電流的產(chǎn)品，廣為各種不同領(lǐng)域所採用。本次使用新研究封裝在IGBT模組市場中成功擴增涵蓋100A到600A等主要額定電流範圍的全SiC模組陣容，可望進一步擴大需求。
ROHM針對工具機用電源、太陽能發(fā)電功率調(diào)節(jié)器﹙Power Conditioner﹚或UPS等變頻器﹙inverter﹚、轉(zhuǎn)換器﹙converter﹚業(yè)已研發(fā)出1200V 400A、600A額定的全碳化矽﹙Full SiC﹚功率模組BSM400D12P3G002、BSM600D12P3G001。
本產(chǎn)品藉由獨家研發(fā)模組內(nèi)部構(gòu)造及散熱設(shè)計的最佳化封裝達到額定600A，因此可進一步探討工具機用大容量電源等更高功率應(yīng)用程序。而且，由於開關(guān)損耗也比一般同等額定電流的IGBT模組減少了64%（晶片溫度150℃時），因此有助於應(yīng)用程序的節(jié)能化。此外，由於可以進行高頻率驅(qū)動，周邊可選用較小元件，開關(guān)損耗亦大幅降低，協(xié)助冷卻系統(tǒng)的小型化。例如，在冷卻系統(tǒng)損耗模擬的試算下，相較於同等額定電流的IGBT模組，使用SiC模組可以讓水冷散熱器﹙water heat sink﹚小型化88%。本模組從6月起開始進行樣品出貨?量產(chǎn)。
產(chǎn)品特色
大幅降低開關(guān)損耗，有助於裝置的節(jié)能
由於成功研發(fā)出搭配ROHM製SiC-SBD和SiC-MOSFET的全SiC功率模組，開關(guān)損耗比一般同等額定電流的IGBT模組減少了64%（晶片溫度為攝氏150時），可降低應(yīng)用程序的功率變換損耗，有助於節(jié)能。
高頻率驅(qū)動，周邊元件小型化
在PWM變頻器驅(qū)動時的損耗模擬中，若將該開關(guān)頻率所導致的損耗與同等額定電流的IGBT模組進行比較，則5kHz驅(qū)動時為30％，20kHz驅(qū)動時為55％，總損耗將進一步大幅降低。在20kHz驅(qū)動的情況下，可以使假設(shè)及必要的散熱器尺寸小型化88%。
加上，由於可高頻率驅(qū)動，可使用較小型周邊被動元件的小型化。
為達大電流化的技術(shù)重點
大幅降低封裝內(nèi)部電感
為了謀求功率模組產(chǎn)品的大額定電流化，開關(guān)動作時的突波電壓會變大，故有必要降低封裝﹙package﹚內(nèi)部的電感﹙inductance﹚。此次藉由配置內(nèi)建型SiC裝置或使內(nèi)部配置、端子構(gòu)造等優(yōu)化，內(nèi)部電感因而比傳統(tǒng)產(chǎn)品約減低了23％。由於新研發(fā)的封裝G型比傳統(tǒng)封裝更抑制了27%相同損耗時的突波電壓，因此產(chǎn)品化的規(guī)模將達到額定400A、600A。並且，在同等突波電壓驅(qū)動條件下，採用新封裝還可以降低24%的開關(guān)損耗。
大幅提升封裝的散熱性
為了達到額定600A的大電流化，除了內(nèi)部電感的阻抗外，還必須降低散熱性。新產(chǎn)品藉由加強對模組散熱性至為重要之底板部分的平坦性，可以降低57%底板與客戶所安裝之冷卻裝置間的熱阻抗。
此外，與過去所介紹的SiC模組同?，也備有輕鬆進行產(chǎn)品評估的評估用驅(qū)動型閘極驅(qū)動板﹙gate drive board﹚。
名詞解釋
1.電感﹙inductance﹚: 使流動電流變化時表示電磁感應(yīng)﹙electromagnetic induction﹚所發(fā)生之電動勢﹙electromotive force﹚大小的量。
2.突波電壓﹙surge voltage﹚: 意指在電流穩(wěn)定流動的電路中突然激烈變動的電壓。本篇文章特指MOSFET之開關(guān)切off時所發(fā)生的電壓。
3.IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）: 絕緣閘極型雙極性電晶體。將MOSFET嵌入閘極的雙極性電晶體。
4.MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）: 意指金屬氧化物半導體場效電晶體，在FET中最普遍被使用的構(gòu)造，可作為開關(guān)元件使用。
5.SBD（Schottky Barrier Diode）: 透過使金屬和半導體接觸形成蕭特基接面來取得整流性（二極體特性）的二極體。特徵是無少數(shù)載子堆積效應(yīng)、高速性卓越。
